關(guān) 東，黨立波

（1.中煤航測遙感集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710199）

國家管網(wǎng)各個分公司為國家區(qū)域能源供應(yīng)發(fā)揮了重要作用。為了確保油氣管道輸送安全，各個分公司先后開發(fā)投入了多種安全監(jiān)測系統(tǒng)[1]，為管道安全運(yùn)行提供了重要的保障。由于各預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)相對獨(dú)立，數(shù)據(jù)架構(gòu)、通信標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)警級別定義不統(tǒng)一，且尚未實(shí)現(xiàn)在同一平臺共享預(yù)警數(shù)據(jù)，導(dǎo)致預(yù)警資源優(yōu)化配置和集中管理的水平不高，同時還存在其他問題。為了綜合發(fā)揮各個監(jiān)測系統(tǒng)作用，需要開發(fā)管道綜合預(yù)警平臺，實(shí)現(xiàn)基于多源監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)融合，打破數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合分析利用；統(tǒng)一定義數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與接口技術(shù)規(guī)范，集監(jiān)測預(yù)警、預(yù)警處置、事件管理及系統(tǒng)管理等多模塊于一體；對各系統(tǒng)預(yù)警信息進(jìn)行整合分析，通過研究基于多源數(shù)據(jù)融合的管道一體化風(fēng)險綜合感知技術(shù)，建立管道安全動態(tài)風(fēng)險分析評價模型，實(shí)現(xiàn)管道風(fēng)險全方位感知、數(shù)據(jù)實(shí)時共享、預(yù)警實(shí)時聯(lián)動、預(yù)警信息智能推送及預(yù)警處置閉合管理等功能。

1 安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)

通過統(tǒng)計分析國內(nèi)外油氣管道事故發(fā)生情況，我們可以查出誘發(fā)事故的主要因素，包括外部干擾、腐蝕、材料失效及自然災(zāi)害。中國油氣管道早期危害因素主要為管道腐蝕，但隨著近10 a 來經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展以及管道相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，第三方損壞成為導(dǎo)致事故的首要因素，其次為自然地質(zhì)災(zāi)害、腐蝕破壞及材料失效等因素[2]。針對以上危害因素，國家管網(wǎng)各個分公司建設(shè)了相關(guān)安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，主要包括光纖預(yù)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、地災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)和智能陰保系統(tǒng)，從源頭上實(shí)施風(fēng)險防控，有效防止管道失效事故發(fā)生，并為管道運(yùn)行期提供準(zhǔn)確的安全狀態(tài)數(shù)據(jù)，可以進(jìn)一步提升管道運(yùn)營期監(jiān)測預(yù)警精度和安全管理水平。

1.1 光纖預(yù)警系統(tǒng)

管道光纖預(yù)警系統(tǒng)利用與同溝敷設(shè)的光纜作為連續(xù)分布式傳感器，檢測管道沿線土壤振動情況，能夠預(yù)警外界破壞事件。光纖預(yù)警系統(tǒng)采用C/S 架構(gòu)，當(dāng)發(fā)生預(yù)警事件時，可實(shí)時上傳設(shè)備名稱、歸屬站、告警時間、樁號位置、告警類型、告警級別、光纜距離、告警點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)等預(yù)警信息。其中告警類型包括機(jī)械施工、人為施工、車輛通行和斷纜。通過光纖預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用，將實(shí)現(xiàn)第三方施工、打孔盜油、管道占壓、自然災(zāi)害等外界破壞早期預(yù)警，確保管道安全。

1.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

采用智能視頻監(jiān)控技術(shù)對管道安全進(jìn)行監(jiān)控，可通過計算機(jī)視覺、圖像視頻處理和人工智能等智能化識別工具對在管道上方采集的影像進(jìn)行分析，對有針對性的監(jiān)控視野內(nèi)的可疑目標(biāo)活動，提供更高效更精確的監(jiān)控告警服務(wù)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用4G 公網(wǎng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳，配有單獨(dú)的服務(wù)器，使用百度地圖服務(wù)作為底圖，由于視頻數(shù)據(jù)較大，占用流量較多，系統(tǒng)采用實(shí)時回傳預(yù)警圖片，在需要調(diào)用視頻數(shù)據(jù)時遠(yuǎn)程控制開啟視頻設(shè)備并遠(yuǎn)程控制設(shè)備，查看實(shí)時視頻數(shù)據(jù)。

1.3 地災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)

地災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)通過對地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測單元或環(huán)焊縫監(jiān)測單元的管道應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，分析管道運(yùn)行狀態(tài)下應(yīng)力的變化情況，評估管道運(yùn)行狀態(tài)，為掌握管道受地災(zāi)影響的程度提供了第一手資料，為分析評價管道狀態(tài)提供了有力的依據(jù)，在管道安全運(yùn)行保駕護(hù)航中發(fā)揮了重要的作用。地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)采用4G公網(wǎng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳，配有單獨(dú)的服務(wù)器，使用百度地圖服務(wù)，系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，數(shù)據(jù)對接為即時推送，實(shí)現(xiàn)了對管道地質(zhì)災(zāi)害、管體應(yīng)力、環(huán)焊縫缺陷等的在線監(jiān)測，對管道運(yùn)行安全提供了強(qiáng)有力的支持，是管道安全的重要保障。

1.4 智能陰保系統(tǒng)

由于管道服役工況是處于不斷變化的，需要對埋地管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)及保護(hù)效果進(jìn)行定期評價。隨著管道使用年限的增加，管道發(fā)生腐蝕的風(fēng)險也隨之增加，對陰極保護(hù)方面要求也勢必更高。隨著智能管道建設(shè)步伐的加快以及智能技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，急需通過技術(shù)和設(shè)備升級改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析評價以及故障診斷的自動化，更利于及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，確保管道安全平穩(wěn)運(yùn)行。智能陰保系統(tǒng)包括陰極保護(hù)電位采集、恒電位儀數(shù)據(jù)采集和服務(wù)器管理軟件三部分，采用B/S 結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)電位和交直流干擾電壓數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和管理、陰極保護(hù)電位的自動檢測及預(yù)處理、無線數(shù)據(jù)傳輸和服務(wù)器數(shù)據(jù)管理等功能。

2 監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

上文對國家管網(wǎng)各個監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用狀態(tài)和主要功能進(jìn)行了說明，其主要特點(diǎn)為：系統(tǒng)都是采用現(xiàn)場布設(shè)傳感器實(shí)現(xiàn)各類管道安全實(shí)時數(shù)據(jù)采集，然后通過4G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行服務(wù)器存儲通過系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)展示。通過分析現(xiàn)狀，現(xiàn)有這些獨(dú)立系統(tǒng)有以下不足：①由于未制定統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)間無法進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，系統(tǒng)各自獨(dú)立，數(shù)據(jù)無法相互共享，預(yù)警信息缺乏聯(lián)動，形成了信息孤島，不利于管道風(fēng)險監(jiān)測數(shù)據(jù)的充分利用；②管道多維度安全監(jiān)測數(shù)據(jù)無法有效整合，依靠單一、局部、片面的監(jiān)控與分析技術(shù)手段，已經(jīng)無法滿足管線及其沿線各類運(yùn)行風(fēng)險、異常情況的自動識別及智能化預(yù)警需求，無法實(shí)現(xiàn)對管道危害事件的綜合分析、判斷與報警功能。基于以上不足，整合、集成現(xiàn)有分散獨(dú)立的信息系統(tǒng)，分析管道數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)，以管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺為主搭建管道數(shù)據(jù)孿生體，完善現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，利用云計算、大數(shù)據(jù)分析、模式識別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對管道及其沿線的多維度監(jiān)測數(shù)據(jù)的感知、分析與交互，準(zhǔn)確地識別風(fēng)險并及時預(yù)警。研究基于多源數(shù)據(jù)融合的管道一體化風(fēng)險綜合感知技術(shù)，建立管道安全動態(tài)風(fēng)險分析評價模型，圍繞管道外部風(fēng)險感知、評價，建立以業(yè)務(wù)為引領(lǐng)、問題為導(dǎo)向、風(fēng)險為抓手的管理平臺，使管道風(fēng)險全面可控，保障油氣管道安全運(yùn)行。

3 油氣管道安全監(jiān)測綜合預(yù)警平臺

油氣管道面臨多風(fēng)險因素防控，有必要開展基于多元傳感的全維度監(jiān)測預(yù)警體系及系統(tǒng)建設(shè)，其核心是構(gòu)建智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，采用多元化傳感器實(shí)時監(jiān)測分析管道安全狀態(tài)，識別可能出現(xiàn)的損傷位置和損傷程度，并給出相應(yīng)的處理措施[3]。監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)可基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，采用多元化監(jiān)測傳感器進(jìn)行功能化配置，并與管道完整性管理系統(tǒng)進(jìn)行集成設(shè)計和數(shù)據(jù)庫共享，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)、管道結(jié)構(gòu)、油氣泄漏、腐蝕防護(hù)、外部干擾等多種信號的多功能、一體化監(jiān)測預(yù)警管理，為管道風(fēng)險管理及數(shù)據(jù)的綜合分析提供支持[4]。此外，油氣管道安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)考慮并設(shè)計安全需求和技術(shù)方案，建立涵蓋監(jiān)測預(yù)警技術(shù)選擇、監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計、與管道工程建設(shè)配套施工、全維度監(jiān)測預(yù)警運(yùn)行、信息安全評價預(yù)警的綜合標(biāo)準(zhǔn)體系，同時構(gòu)建企業(yè)新建油氣管道全維度安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)規(guī)范、操作程序、實(shí)施細(xì)則、決策支持等文件體系和運(yùn)行響應(yīng)機(jī)制，細(xì)化油氣管道安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)要點(diǎn)與決策支持，重點(diǎn)開展全維度監(jiān)測信息的綜合風(fēng)險分析，將油氣管道安全監(jiān)測預(yù)警有效納入完整的管理體系范疇[5-6]。

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計

綜合預(yù)警平臺設(shè)計思路：利用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化平臺，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)＋”與物聯(lián)網(wǎng)，將管道與管道運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行全面統(tǒng)一，統(tǒng)一定義數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與接口技術(shù)規(guī)范，集監(jiān)測預(yù)警、預(yù)警處置、事件管理及系統(tǒng)管理等多模塊于一體，對各系統(tǒng)預(yù)警信息進(jìn)行整合分析，通過研究基于多源數(shù)據(jù)融合的管道一體化風(fēng)險綜合感知技術(shù)，建立管道安全動態(tài)風(fēng)險分析評價模型，實(shí)現(xiàn)管道風(fēng)險全方位感知、數(shù)據(jù)實(shí)時共享、預(yù)警實(shí)時聯(lián)動、預(yù)警信息智能推送及預(yù)警處置閉合管理等功能。形成以實(shí)時監(jiān)測預(yù)警、預(yù)警處置、事件管理、綜合管理和系統(tǒng)管理五大平臺為核心，將基礎(chǔ)設(shè)施層、集成層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和展示層相統(tǒng)一的設(shè)計，利用軟件層將各操作界面呈現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)綜合監(jiān)測預(yù)警。

1）基礎(chǔ)設(shè)施層：通常基于底層傳感器，對生產(chǎn)過程的監(jiān)控與實(shí)時網(wǎng)絡(luò)通信對自動控制技術(shù)形成規(guī)范管理，實(shí)現(xiàn)各類信息的采集、傳輸?shù)裙δ?，是整個架構(gòu)最基本的功能，其采集信息的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到后臺監(jiān)控判斷的合理性，可以說是綜合監(jiān)測預(yù)警平臺的“眼睛”。本次綜合監(jiān)測預(yù)警平臺基礎(chǔ)設(shè)施層包括振動光纖、視頻監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害傳感器和智能陰保傳感器，以及用數(shù)據(jù)傳輸?shù)?G網(wǎng)絡(luò)。

2）數(shù)據(jù)層：通過把不同類型的信息來源進(jìn)行歸類、整合，從業(yè)務(wù)角度對各類專業(yè)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行有效規(guī)范與銜接，將管道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、環(huán)境的實(shí)時數(shù)據(jù)與運(yùn)營商各類數(shù)據(jù)信息綜合匯總，形成有效信息。需要建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)階段已經(jīng)有可應(yīng)用的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與模型如PODS、APDM、PIDM 和CPDM，故而可以基于上述模型進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通、集成共享[7]。本平臺采用APDM 模型實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、計算、傳輸、數(shù)據(jù)匯聚與存儲，包括地災(zāi)、光纖、視頻及智能陰保等預(yù)警數(shù)據(jù)。

3）服務(wù)層：統(tǒng)一接口對于數(shù)據(jù)的安全訪問，通過RestfulAPI 網(wǎng)關(guān)對接口的管理，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接口服務(wù)，上層應(yīng)用使用統(tǒng)一接口服務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和服務(wù)的訪問，達(dá)到業(yè)務(wù)目標(biāo)。

4）應(yīng)用層：這層應(yīng)是整個系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)，是連接人員與虛擬數(shù)據(jù)之間的橋梁，可以直觀地將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給決策者，提高數(shù)據(jù)利用率。應(yīng)用層主要包括：實(shí)時監(jiān)測預(yù)警、預(yù)警處置事件管理、綜合管理、系統(tǒng)管理等內(nèi)容；同時具有開放性、預(yù)留性、擴(kuò)展性等特點(diǎn)，可為后來新功能升級提供支持。

5）綜合展示層：PC 端用戶使用系統(tǒng)，通過桌面端和移動端瀏覽器進(jìn)行系統(tǒng)訪問，可根據(jù)用戶級別不同，確定角色和權(quán)限。

3.2 功能設(shè)計及實(shí)現(xiàn)

管道綜合預(yù)警平臺，主要功能包括實(shí)時監(jiān)測預(yù)警、預(yù)警處置、事件管理、綜合管理和系統(tǒng)管理等功能。通過這些功能實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了管道安全預(yù)警都信息綜合分析，提高預(yù)警準(zhǔn)確性，并對預(yù)警信息實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理，確保各類預(yù)警信息早發(fā)現(xiàn)、早處置，消除管道安全各類不利因素，確保管道安全。

1）實(shí)時監(jiān)測預(yù)警。收集整理國家管網(wǎng)各個分公司所轄管線、站場、閥室、樁牌、高后果區(qū)、光纖、視頻位置、截面等地理信息坐標(biāo)數(shù)據(jù)，底圖以百度地圖為依托，在GIS 地圖上展示平臺集成的光纖預(yù)警、視頻監(jiān)控、地災(zāi)監(jiān)測、智能陰保實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中報警信息按照4 種監(jiān)測手段進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計，以餅圖形式展示；也可按照組織機(jī)構(gòu)統(tǒng)計4 種監(jiān)測手段報警數(shù)量；同時以列表的形式列出所有報警信息。光纖預(yù)警點(diǎn)主要信息包括預(yù)警時間、預(yù)警類型、預(yù)警位置、報警級別；地災(zāi)預(yù)警主要信息包括預(yù)警時間、預(yù)警類型、預(yù)警位置、報警級別、最大拉/壓應(yīng)力；視頻監(jiān)控預(yù)警點(diǎn)主要信息包括預(yù)警截圖、報警時間、類型、位置、級別、終端編號等；智能陰保預(yù)警點(diǎn)主要信息包括報警時間、類型、位置、級別、報警ID、電壓、點(diǎn)位以及陰保狀態(tài)等。監(jiān)測信息一張圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)測信息一張圖

2）預(yù)警處置。選擇指定的預(yù)警，查看預(yù)警信息及現(xiàn)場人員對預(yù)警的反饋信息，也可手動填報現(xiàn)場人員的反饋信息，包括落實(shí)人員、現(xiàn)場描述、照片、視頻等信息，可關(guān)閉預(yù)警或繼續(xù)跟蹤。如預(yù)警屬于異常事件可升級為事件在事件處理模塊中繼續(xù)跟進(jìn)后續(xù)情況，如圖2所示。

圖2 預(yù)警處置流程圖

3）事件管理。根據(jù)用戶選擇的組織機(jī)構(gòu)、時間范圍、預(yù)警類型、事件狀態(tài)展示符合條件的事件信息列表，選中事件可以對產(chǎn)生該事件的預(yù)警流程進(jìn)行詳細(xì)的回顧。選擇指定的事件，跟進(jìn)事件的反饋信息，關(guān)閉事件或繼續(xù)跟蹤。按照組織機(jī)構(gòu)、時間范圍、事件狀態(tài)、事件級別、預(yù)警類型對符合條件的事件進(jìn)行圖表分析，分析結(jié)果可導(dǎo)出。

4）綜合管理?？筛鶕?jù)自定義時間段對該時間范圍內(nèi)的預(yù)警信息及預(yù)警原因按照光纖預(yù)警、視頻監(jiān)控、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警3 種類型進(jìn)行統(tǒng)計、分析。并可按照組織機(jī)構(gòu)篩選過濾，以掌握整體預(yù)警情況以及各個管理處、站場、管段的綜合預(yù)警情況。統(tǒng)計分析結(jié)果以圖表的方式展現(xiàn)，并可生成相應(yīng)報表并可導(dǎo)出。

5）系統(tǒng)管理。對用戶、組織機(jī)構(gòu)、角色進(jìn)行統(tǒng)一管理，對用戶信息進(jìn)行錄入、維護(hù)以及授權(quán)，與各個分公司組織機(jī)構(gòu)對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)用戶的分組歸類處理，指定角色（系統(tǒng)管理員、管理員、用戶、訪客），并配置角色對應(yīng)的功能權(quán)限。管道安全綜合預(yù)警平臺中的所有用戶操作，全部記錄在系統(tǒng)日志中，系統(tǒng)日志具備按操作類型、預(yù)警類型、預(yù)警狀態(tài)、事件狀態(tài)、用戶、組織機(jī)構(gòu)來檢索日志的功能[8]。

4 結(jié)論

油氣管道綜合監(jiān)測預(yù)警平臺這一發(fā)展模式的提出為有效提升油氣管道公司應(yīng)急管理體系和能力的現(xiàn)代化建設(shè)、從根本上消除事故隱患提供思路，是有效提升管道本質(zhì)安全水平、保障油氣管道周邊人民群眾生命財產(chǎn)安全的實(shí)施途徑。通過該綜合預(yù)警信息平臺開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了國家管網(wǎng)集團(tuán)分公司多種監(jiān)測手段數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)了基于管道基礎(chǔ)地理信地圖所有預(yù)警信息一張圖展示，并實(shí)現(xiàn)了管道多種預(yù)警數(shù)據(jù)綜合分析確定管道風(fēng)險，提高了管道預(yù)警準(zhǔn)確性、及時性，提高了分公司油氣管網(wǎng)監(jiān)管科學(xué)性和安全性，為其他國家管網(wǎng)集團(tuán)分公司提供了一種借鑒思路。